臭氧的電解法產(chǎn)生技術(shù)

《臭氧的電解法產(chǎn)生技術(shù)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、臭氧的電解法產(chǎn)生技術(shù)利用直流電源電解含氧電解質(zhì)產(chǎn)生臭氧氣體的方法，其歷史同發(fā)現(xiàn)臭氧一樣悠久。20世紀(jì)80年代以前，電解液多為水內(nèi)填加酸鹽類電解質(zhì)，電解面積比較小，臭氧產(chǎn)量很小，運(yùn)行費(fèi)用很高。由于人們在電極材料、電解液與電解機(jī)理、過程方面作了大量的研究工作，電解法臭氧、發(fā)生技術(shù)取得很大進(jìn)步6近期．發(fā)展的SPE(固態(tài)聚合物電解質(zhì))電極：與金屬氧化催化技術(shù)，使用純水得到14％以上的高濃度臭氧，使電化學(xué)法臭氧發(fā)生器的技術(shù)向前邁出一大步。工藝電解電化學(xué)發(fā)生臭氧不像電暈法臭氧發(fā)生器那樣，將預(yù)先干燥過的壓縮空氣(或氧氣)通過高頻電暈放電，而是

2、用水的電化學(xué)氧化法生成的。含有水化熒光陰離子電解質(zhì)的水中，在近似室溫下以高電流功率可將水氧化成臭氧。陽極材料選擇方面的進(jìn)步也使接近室溫電解成為可能。在早先的研究中，對臭氧發(fā)生有吸引力的電流敢率雖僅在溫度極低的電解液(或陽極表面)中被測到過。在這種溫度下運(yùn)行(—20～—60℃)，加之需要昂貴的冷凍，不允許應(yīng)用氧的還原作為電解過程中相應(yīng)的陰極工藝。因?yàn)榭諝庵醒踹€原的動(dòng)力學(xué)隨溫度降低變得很差，氫逸出曾被看成是惟一可用的陰極工藝，雖然理論上需要加1.23V的槽電壓。對于電解生產(chǎn)臭氧來說，所有經(jīng)擠上的預(yù)測都是很不利的。下面討論的電解法(圖

3、3-33)，是由以下半電池反應(yīng)組成的，在陽極處?臭氧生產(chǎn)的理論槽電壓是0.27V。實(shí)際上從未達(dá)到過接近這種電壓，因?yàn)槿藗儽仨毻ㄟ^利用具有極高氧過電壓的陽極材料制止氧氣逸出。同樣在燃料電池開發(fā)當(dāng)中已廣泛研究過的氧化還原反應(yīng)，是有名的慢。預(yù)計(jì)槽電壓大約1．8～2.1V?？偟恼f來，電解過程變成為：O2(空氣)→O3，同時(shí)可立即指出某些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。送進(jìn)反應(yīng)器空氣不需要任何方式韻預(yù)處理，空氣無需干燥，也不需壓縮，實(shí)際上為制止電解液失水略有增濕作用或許正是所希望的?？諝庵卸趸纪ㄟ^被選擇的酸性電解液排出。在陽極一側(cè)，無氮氧化合物(NOx)

4、產(chǎn)生，僅產(chǎn)生臭氧，氧和作為載體的空氣的混合氣。當(dāng)臭氧從電解槽中逸出時(shí)，載體氣(供到電解槽的超過陰極化學(xué)計(jì)量需要的空氣)用于稀釋已形成的臭氧，否則，生成的臭氧濃度可能會大大超過爆炸極限濃度。電解工藝的一個(gè)特有優(yōu)點(diǎn)：發(fā)生臭氧的濃度不像電暈放電工藝那樣，是同功率消耗相互無關(guān)的。臭氧濃度首先決定于電流效率(對此最近試驗(yàn)已表明可達(dá)到30％～50％范圍內(nèi))，其次決定—于稀釋氣體的流量。采用電解工藝至少10％的臭氧濃度是可以達(dá)到的?？諝鈿庠措姇灧烹姵粞醢l(fā)生器，往往在電能效率比近似1％濃度還低的情況下，一般最好也不超過32％臭氧。電解法的發(fā)展與

5、前景自1840年由硫酸電解而首次發(fā)現(xiàn)臭氧以來，這一領(lǐng)域開發(fā)緩慢，因?yàn)橹两耖_發(fā)結(jié)果令人失望，有的只是學(xué)術(shù)意義上的。關(guān)于電解發(fā)生臭氧方面的研究可以在電解液成分上和陽極材料選擇上顯示其特性。這種電解液必須除氧以外其他均不反應(yīng)，臭氧在陽極逸出或氧還原。此電解液還必須不與所產(chǎn)生的臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。上述限制導(dǎo)致選擇含氧陰離子和熒光陰離子的酸類，以及它們的堿金屬鹽類，作為最適用的電解液。對臭氧的逸出情況呈惰性的陽極材料少。在水的陽極分解過程中產(chǎn)生出極高的界面酸濃度。就大多數(shù)金屬來說高陽極電位可導(dǎo)致溶解或鈍化，一般常用鉑，并顯示出有足夠的惰性。

6、某些鉑的貴金屬合金也用過，雖然它們的氧過電壓被降低了。還用過處于高氧化態(tài)下的導(dǎo)電氧化物(例如口態(tài)和夕態(tài)的PbO2和SnO2)，顯示有前途。在某些電解液成分中，熱解碳也顯得有惰性。鉑／硫酸陽極和電解液已成為兩種電解方式中進(jìn)一步研究的主題。起初，使用細(xì)鉑絲以達(dá)到50～100A／cm2級的電流密度。用0℃電解液，電流效率高達(dá)27％(陽極放出的臭氧與氧之比的百分?jǐn)?shù))仍觀測到將近15V的槽電壓。輝光放電機(jī)理似乎很像是由于遇到高壓電場以及必然發(fā)生的氣熱而造成的。在鉑／硫酸組合中研究出的第二種臭氧發(fā)生方式是，易熔電解成分于盡可能低的溫度下的電

7、解。電流密度高達(dá)32%，可是，冷凍費(fèi)用(按電解過程本身所消耗電能的1／3~1／2計(jì))打消了這項(xiàng)技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的考慮。在同一方式中進(jìn)一步研究了鉑陽極／過氯酸組合。然而，在—40℃時(shí)最大電流效率為36％，用于按比例放大還是不適當(dāng)?shù)摹Ｈ齻€(gè)不同的研究在使用二氧化鉛陽極電解臭氧發(fā)生方面取得了一項(xiàng)重要進(jìn)展。賽姆欽科(Semchemko)等首先電解磷酸，發(fā)現(xiàn)在室溫10～15℃下，能得到電流效率13％的產(chǎn)量。接著，賽姆欽科及其合作者研究了過氯酸的應(yīng)用，在—15℃溫度下獲得電流效率32％的產(chǎn)量。同二氧化鉛陽極聯(lián)合使用，在電解液中加入少量氟化物離子，

8、具有提高陽極電位，同時(shí)提高臭氧電流效率的顯著效果。截至1975年，已取得鼓舞人心的結(jié)果。不過用Pb02陽極，在臭氧逸出過程發(fā)現(xiàn)有某些腐蝕。之后福勒和托比亞斯。(Foller和Tobias)提出一項(xiàng)綜合化學(xué)／電化學(xué)機(jī)理。弗里茲(Fritz)等繼續(xù)磷酸基電解液系統(tǒng)的